MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2010 PETR JELÍNEK 0

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Vliv změny seřízení na parametry motoru Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc. Vypracoval: Petr Jelínek Brno

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Vliv změny seřízení na parametry motoru vypracoval(a) samostatně a použil(a) jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis diplomanta. 2

4 Poděkování: Dovoluji si tímto poděkovat doc. Ing. Pavlu Sedlákovi, CSc. za odborné vedení, připomínky a cenné rady při zpracování mé diplomové práce. 3

5 ABSTRAKT Diplomová práce se zabývá změnami parametrů v řízení motoru při různém seřízení. Praktická část byla provedena na zážehovém motoru, proto se tato práce zabývá pouze touto problematikou. Oblasti změn se týkají předstihu zapalování, objemu dávky paliva a bohatosti směsi. V práci jsou uvedeny snímače, nacházející se na motoru a jeho příslušenství, bez nichž by nebylo možné řízení motoru realizovat. U každého snímače je vysvětlen princip jeho funkce a případně uveden výčet typů tohoto snímače. Následuje popis řídící jednotky, zpracování vstupních signálů ze snímačů a výpočet výstupních signálů. Dále jsou uvedeny údaje o akčních prvcích, které provádějí samotnou změnu v procesech řízení motoru na základě informací z řídící jednotky. Teoretická část je doplněna měřením, provedeném na zkušebním stanovišti Mendelovy univerzity a soukromé firmy. Seřízení motoru bylo provedeno úpravou dat v řídící jednotce. Z naměřených a vypočítaných hodnot byly sestaveny seřizovací charakteristiky. Klíčová slova: točivý moment, výkon, zkušebna, motor, předstih ABSTRACT This thesis deals with changes in parameters of motor control in different settings. The practical part was done on petrol engines, so this work only deals with this issue. Of the changes relate to the ignition advance, and a dose volume of fuel mixture richness. In this work are given sensor, located on the engine and its accessories, without which it would be impossible to implement motor control. Each sensor is explained by the principle of its function and possibly the list of those types of sensors. Below is a description of the control unit, processing the input signals from the sensors and calculate the output signals. Below are details of the action elements that perform the actual change in the processes of motor control based on information from the control unit. The theoretical part is complemented by measurements carried out on the test-room Mendel university and private company. Adjusting the engine was made in adjusting the data management unit. From the measured and calculated values are compiled setting characteristics. Keywords: torsional moment, output, test-room, engine, advance fire 4

6 OBSAH 1 ÚVOD SNÍMAČE Základní pojmy a typy snímačů Snímač otáček Indukční snímač otáček Snímač polohy Snímač teploty Snímač klepání Snímač hmotnosti vzduchu Snímač tlaku sání Snímač polohy škrticí klapky Snímač kyslíku ve spalinách ŘÍDÍCÍ JEDNOTKA Výpočet hmotnosti vzduchu Výpočet předstihu zážehu Výpočet dávky paliva AKČNÍ PRVKY Vstřikovací systémy Vstřikovací ventily Zapalovací systémy. 31 5

7 4.3 Škrticí klapka Variabilní řízení ventilů VLASTNÍ PRÁCE Cíl Popis motorové zkušebny Metodika měření Podmínky měření v univerzitní zkušebně Výpočetní vztahy Vlastní měření v univerzitní zkušebně Podmínky měření v soukromé zkušebně VÝSLEDKY MĚŘENÍ ZÁVĚR SEZNAM LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK

8 1. ÚVOD Samotné zkoušení spalovacích motorů sahá až k počátkům motorismu. Měření motoru je soubor činností vedoucí ke stanovení hodnoty zjišťované veličiny. K měřeným fyzikálním veličinám v oblasti motoru patří teplota chladicí kapaliny, teplota nasávaného vzduchu, podtlak v sání, sklon k detonačnímu spalování, poloha klikového a vačkového hřídele, napětí lambda sondy, poloha škrticí klapky a nasávaná hmotnost vzduchu. Vyhodnocením těchto informací se následně upravují řízené parametry charakteristik motoru, jako jsou úhel předstihu nebo předstřik a vstřikované množství paliva. Dnes je testování pro další vývoj důležitější, než kdy před tím bylo. Důvodem jsou stále zvyšující se požadavky na emisní limity, spotřebu atd. A právě proto jsou investovány velké finanční prostředky na testování motorů, které musí být do budoucna stále více provozně ekologičtější a ekonomičtější při zachování stejného výkonu. Měření parametrů motoru moderních vozidel se provádí na válcových zkušebnách nebo v laboratorních podmínkách na zkušebních stavech. Zkoušky motoru na válcových zkušebnách jsou jednodušší v tom, že se test provádí bez demontáže pohonné jednotky přímo na vozidle. Při měření na zkušebním stanovišti je nutné motor z vozu demontovat. Takovéto měření motoru je složitým procesem, který musí obsáhnout všechny důležité prvky. Musí být zajištěna všechna provozní media motoru a dynamometru, jejich ovládání, odvod spalin, snímání a záznam dat a další procesy důležité pro celé měření. Pro seřizování motoru je nutné znát procesy probíhající na snímačích. Informace ze snímačů slouží k řízení motoru. Podle momentálního stavu provozu jsou z řídící jednotky řízeny všechny akční prvky. Proto je nutné se dobře seznámit se snímači, akčními prvky a systémy řízení motoru. 7

9 2. SNÍMAČE 2.1 Základní pojmy a typy snímačů Proces měření se skládá z řetězce, jehož první část obsahuje snímač umístěný na měřícím místě a další prvky jako převodník a zesilovač. Druhá část je výstup vyhodnocovací nebo záznamové zařízení. Senzory měřených fyzikálních veličin snímají signál proměnný v čase a převádějí ho na jinou fyzikální veličinu, nejčastěji na elektrickou. Rozdělení podle povahy signálu: Analogový (spojitý) signál mění se v čase spojitě a fungují na principu magnetoelektrickém nebo elektromagnetickém. Amplituda signálu udává velikost měřené veličiny. Signál bývá linearizován a bývá prováděna korekce na palubní napětí. Dále je signál převeden do digitální podoby v elektronických obvodech tzv. analogově digitálních převodnících. Impulsní (nespojitý) signál pracuje na principu indukce např. snímač polohy klikového hřídele. Z důvodu změny výstupního napětí bývá signál převáděn na obdélníkový tvar. Binární signál mají dvě hodnoty napětí. Vysoká úroveň představuje tzv. logickou jedničku, nízká úroveň logickou nulu, a tak při změně nabývá pouze dvou hodnot 1 a 0. Snímání je tak chráněno proti rušení. Snímače pro zjištění chodu motoru: - snímač otáček - snímač polohy vačkového hřídele - snímač teploty (nasávaného vzduchu, chladicí kapaliny adt.) - snímač hmotnosti vzduchu - snímač tlaku sání - snímač polohy škrticí klapky - snímač klepání - snímač kyslíku ve spalinách 8

10 2.2 Snímač otáček Snímače otáček patří k základním snímačům, bez nichž by elektronické systémy řízení motoru nemohly fungovat. Snímají se nejen otáčky klikové hřídele ale i její poloha. Ke snímání potřebných informací se tedy používá dvou nebo jednoho snímače. Bývá odlišována poloha horní úvrati prvního válce od poloh úvratí ostatních válců. Rotor snímačů je ozubený věnec, který je pevně spojen s klikovou hřídelí a snímač je umístěn na klikové skříni. Pro snímání otáček klikového hřídele z ozubeného věnce, musí být stanovena vztažná značka. Nesnímá-li se úhel vačkové hřídele žádným jiným způsobem, musí tato značka umožnit bezporuchové a optimální časování zapalování a vstřikování. Vztažnou značkou bývá chybějící zub na ozubeném věnci. Značka je tak, během každé otáčky, rozpoznána podle delšího časování a slouží k synchronizaci řídící jednotky Indukční snímač otáček Je nejjednodušším snímačem otáček induktivního typu, pracuje na principu změny magnetického toku procházejícího pólovým nástavcem, tím se ve vinutí snímače indukuje na dvoupólovém výstupu napětí signálu, které je úměrné časové změně magnetického toku. Snímač je zobrazen na obr. 1. Rychlost otáčení klikové hřídele udává amplitudu napětí, ta je následně upravována v řídící jednotce na obdélníkové impulsy stejné velikosti. Tento snímač je dynamický, nehodí se tak ke snímání pomalých rychlostí, protože v takovém případě je výstupní signál téměř nulový. Hlavní části: - nehybná cívka - část z mag. měkkého železa - trvale magnetická část 9

11 Obr. 1 Indukční snímač otáček 1 Tyčový magnet, 2 Mag. měkký pólový nástavec, 3 Indukční cívka, 4 Vzduchová mezera, 5 Feromagnetické ozubené kolo, 6 Referenční značka Otáčením části magneticky měkké nebo tvrdé dochází ke změně magnetického toku. V cívce snímače se indukuje napětí. Sinusový průběh napětí koresponduje se strukturou zubů, kterých zpravidla bývá 58 (referenční značka je za 2 zuby). Otáčky jsou odvozeny ze vzdálenosti průchodu nulou výstupního napětí. Amplituda signálu je závislá na otáčkách, vzduchové mezeře a velikosti zubů. Při vysokých otáčkách může výstupní napětí dosahovat až hodnoty 100V. Rozdíl špiček dvojitého impulzu by měl být minimálně 30mV. Seříznutím napěťových špiček stabilizačními diodami může dojít k úhlové chybě, což je nežádoucí pro zapalování. Tolerance pro úhlové chyby je do 0,2. Tento snímač lze využít pro snímání otáček kol, klikového a vačkového hřídele, dále pak pro snímání pohybu jehly ve vstřikovači. Indukční snímač je snímačem pasivním tzn. nepotřebuje vnější napájení. Výstupní napětí je střídavého typu. Na obr. 2 je zobrazen celý obvod snímače a místa, kde lze snímač diagnostikovat. 10

12 Obr. 2 Obvod snímače otáček 2.3 Snímač polohy vačkového hřídele Pro snímání polohy vačkového hřídele, bývá nejčastěji použit Hallův snímač. Tento aktivní snímač využívá Hallova jevu. Při tomto jevu vzniká napětí v polovodičovém materiálu, ve kterém protéká proud za přítomnosti magnetického pole, jak je zobrazeno na obr. 3. K polovodičové destičce je ke dvěma protilehlým stranám připojen zdroj napětí U R. Hallovo napětí U H je odebíráno z dalších protilehlých stran ale jen za předpokladu, je-li polovodičová deska vystavena působení vnějšího magnetického pole. Působí-li magnetická indukce kolmo na destičku, dochází k vychylování proudu z vnějšího zdroje a rozdílu potenciálu a vytváří Hallovo napětí U H. 11

13 Obr. 3 Hallův jev U R napájecí napětí vnějšího zdroje, U H - Hallovo napětí, I V napájecí proud, I proud procházející destičkou, B magnetická indukce, α úhel vychýlení proudu Vačkový hřídel se oproti klikovému hřídeli otáčí poloviční úhlovou rychlostí. Ve které fázi se píst nachází lze poznat jen z polohy vačkového hřídele. Řídící jednotka ovládá zapalování, a proto musí mít informaci, ke které zapalovací cívce pošle impuls. To samé platí u sekvenčního vstřikování paliva. Hallovo napětí se pohybuje v řádech milivoltů a ještě v samotném snímači tak dochází k jeho úpravě na obdélníkový signál, který jde do řídící jednotky. Je-li v okamžiku průchodu referenční značky na ozubeném věnci a na Hallově snímači napětí, tak se 1. válec nachází v horní úvrati. 2.4 Snímač teploty Při měření teploty v motorových vozidlech se téměř výhradně využívá teplotní závislosti elektrických odporových materiálů s kladným (PTC) nebo záporným (NTC) teplotním koeficientem, ve formě dotykového teploměru. Převod změny odporu na analogové napětí se převážně provádí doplněním rezistoru teplotně neutrálního, nebo s opačnou závislostí, jehož přidáním vznikne dělič napětí (také linearizující účinek). (R. Bosch, 2001) 12

14 Rozdělení podle použití: - snímač teploty chladicí kapaliny (z teploty chladicí kapaliny řízení motoru usuzuje na teplotu motoru, měřicí rozsah -40 až 130 C), viz obr. 4 - snímač teploty nasávaného vzduchu (ve spojení se snímačem tlaku sání se vypočítá hmotnost nasávaného vzduchu, měřící rozsah 40 až 120 C) - snímač teploty motorového oleje (měřící rozsah -40 až 170 C) - snímač teploty spalin (slouží ke snímání teploty kritických míst výfukového systému a k regulaci dodatečného zpracování spalin, měřící rozsah -40 až 1000 C) - snímač teploty paliva (používá se pro přesný výpočet vstřikované dávky paliva, měřící rozsah -40 až 120 C) Obr. 4 Snímač teploty chladicí kapaliny 1 Elektrická přípojka, 2 Pouzdro, 3 Těsnění, 4 Upevňovací závit, 5 Měřící rezistor, 6 Chladicí kapalina Odporové snímače jsou v podstatě elektrické rezistory, jejichž elektrický odpor je závislý na teplotě. Vyráběny jsou v různých formách např. foliové rezistory, vinuté drátky, tenko a tlustostěnné rezistory. Pro převod na analogový napěťový signál jsou doplněny pevným rezistorem do děliče napětí nebo jsou napájeny přiváděným konstantním proudem. 13

15 Rezistory NTC ze spékané keramiky jsou polovodičové rezistory z oxidů těžkých kovů. Mají polykrystalickou strukturu, jsou spékány do tvarů perliček a terčíků. Jejich odporová charakteristika je silně klesající. Rozmezí jejich použití je od -40 C do 850 C. Tenkovrstvé a tlustovrstvé kovové rezistory PTC jsou velmi přesné, mají malou toleranci a dlouhodobou stabilitu. Nosným materiálem těchto rezistorů bývá sklo, keramika, umělohmotné fólie. Jako krycí vrstvy lze použít lakování, zalití plastem, folie atd. v porovnání s polovodičovými keramickými snímači mají kovové vrstvy menší teplotní závislost ale lineárnější charakteristiku. Nejpřesnější jsou rezistory platinové, označovány jsou PT100, PT1000 (při teplotě 20 C mají jmenovitý odpor 100Ω, 1000Ω) a jsou používány až do teploty 1000 C. Monokrystalické křemíkové rezistory PTC mají dvakrát větší citlivost než platinový rezistor. Teplotní charakteristika má progresivnější průběh než u kovových rezistorů. Tento typ rezistoru je použitelný do 300 C. Termočlánek schematicky uveden na obr. 5 se používá pro měření teplot i nad 1000 C. Fungují na principu Seebeckova jevu, kdy mezi konci kovového vodiče vzniká elektrické napětí, za předpokladu, že tyto konce mají rozdílné teploty. Termočlánky měří rozdíl teploty vůči referenčnímu místu. Závislost průběhu termoelektrických napětí na teplotě není zcela lineární. Linearizace a zesílení signálu probíhá pomocí integrovaných obvodů. Obr. 5 Termočlánek 1 Měřící místo, 2 Spojovací hlavice, 3 Kompenzační vedení, 4 Referenční místo, 5 Připojovací kabel 14

16 Z důvodu nízkého vnitřního odporu mají termočlánky vysokou odolnost proti elektromagnetickému rušení. Polovodičové přechody mají, při konstantním proudu, napětí v propustném směru polovodičových přechodů lineární charakteristiky. Podle měřené teploty snímač přímo udává napětí. Tento druh senzoru se používá do teplot 150 C. 2.5 Snímač klepání Snímač klepání zobrazen na obr. 6 je piezokeramický snímač s malou směrovou citlivostí. Umístěný na bloku motoru, z důvodu detekce samozápalů. Detonační spalování, běžně zvané klepáním, vzniká vlivem rychlého hoření směsi až na hranici rychlosti zvuku. K tomu to nežádoucímu jevu dochází při vysokých tlacích během spalování vlivem vysoké hodnoty předstihu a může vést k poškození motoru (propálení pístu a těsnění pod hlavou, poškození ventilů). Při správném spalování dosahuje rychlost čela hořící směsi hodnot 20 až 40 m.s -1. Vibrace motoru jsou přenášeny na piezokeramickou část, která je převádí na elektrický signál. Tento signál je v řídící jednotce filtrován, integrován a následně se porovnává s frekvenční úrovní, která se mění v závislosti na zatížení a otáčkách motoru. Je-li frekvenční úroveň překročena, regulační systém provede korekci předstihu, tak že sníží jeho hodnotu. Tento děj se opakuje, dokud klepání neustane. Po určité časové prodlevě se hodnota předstihu znovu zvyšuje, až k mezím kdy se klepání znovu projeví. Obr. 6 Snímač klepání 15

17 1 Piezokeramická část, 2 Tlačná část, 3 Pouzdro, 4 Šroub, 5 Kontakty piezokeramiky, 6 Zásuvka, 7 Blok motoru, F vyvozené tlačné síly, V vibrace V reálném motorovém provozu mají jednotlivé válce různé hranice klepání a tím i rozdílné body zážehu. K adaptaci přednastavených hodnot bodu zážehu na jednotlivé hranice klepání jsou, pro každý válec individuálně a v závislosti na provozním stavu, uloženy hodnoty snížení předstihu. Toto uložení probíhá do stálých polí charakteristik paměti RAM v závislosti na zatížení a otáčkách. Proto lze motor provozovat také při rychlých změnách zatížení a otáček v každém provozním bodě s optimální účinností (F. Vlk, 2006) 2.6 Snímač hmotnosti vzduchu Snímač hmotnosti vzduchu měří množství vzduchu nasátého motorem v hmotnostních jednotkách za čas. Tento údaj je jedním ze základních údajů zatížení motoru. Snímače hmotnosti vzduchu, lidově nazývané váhou vzduchu, se v současné době vyrábí v provedení se žhaveným drátkem (platina, průměr 70µm) nebo s vyhřívaným filmem. Tento snímač je umístěn v prostoru mezi vzduchovým filtrem a škrticí klapkou. Principem je vyhřívání ať již drátku či tělíska, které je procházejícím proudem vzduchu chlazeno. Aby rozdíl teploty vyhřívané části a teploty vzduchu byl konstantní, musí regulační obvod přivádět vyhřívací proud a jeho hodnota je úměrná hmotnosti proudu vzduchu. Snímač hmotnosti vzduchu ve variantě se žhaveným drátkem je zobrazen na obr. 7. Tento snímač má pro kompenzaci teploty vzduchu snímač teploty, který je součástí můstku. Regulační obvod je složen ze zesilovače a můstkového zapojení, ve kterém se nachází měřící odpor, jenž vytváří analogový signál přizpůsobený pro zpracování řídící jednotkou. Charakteristika průběhu signálu je navržena, tak aby diagnostika řídící jednotky rozpoznala případné závady např. přerušené vedení. 16

18 Obr. 7 Snímač hmotnosti vzduchu 1 Žhavený drátek, 2 Snímač teploty 2.7 Snímač tlaku sání Snímač tlaku sání je umístěn na vhodném místě za škrticí klapkou. Je tak snímán absolutní tlak v sací potrubí, který je vždy menší než atmosférický tlak. Snímače tlaku sání mohou být v provedení induktivním nebo polovodičovém. Induktivní typ snímače obsahuje činné části ve vakuu, které působí na kotvu v magnetickém poli cívky. Podle změny tlaku se mění indukčnost cívky, jež se nachází v obvodu pro zpracování signálu. Polovodičový snímač má měřicí část tvořenu membránou s piezorezistentními odpory. Změna tlaku způsobí změnu hodnoty odporů, které jsou zapojeny do můstku. Rovnovážnost můstku odpovídá určitému napětí, které je úměrné tlaku v sacím potrubí. Součástí snímače je vyhodnocovací obvod, který linearizuje tlakovou charakteristiku a zesiluje signál pro řídící jednotku. Hodnoty ze snímače tlaku sání společně s hodnotami ze snímače hmotnosti vzduchu nasátého motorem jsou základními parametry, které určují zatížení motoru. Z těchto údajů se vypočítává délka doby vstřiku pro předpokládané stechiometrické složení směsi. 17

19 2.8 Snímač polohy škrticí klapky Snímač polohy škrticí klapky je přímo spojen s hřídelkou škrticí klapky a je připevněn na tělese, ve kterém se klapka nachází. Podává řídící jednotce informace o poloze škrticí klapky. Používá se jako vedlejší signál zatížení pro dynamické funkce nebo pro zjištění provozního stavu. Na obr 8. je zobrazen příklad charakteristiky uvádějící závislost napěťového signálu na natočení škrticí klapky. Hlavní částí je potenciometr, snímající úhel natočení škrticí klapky, který směruje poměr napětí přes odporové zapojení do řídící jednotky. Snímač lze použít jako nouzový signál při výpadku hlavních snímačů. Avšak je možné ho použít i jako snímače hlavního a to v provedení dvou potenciometrů s vylepšeným uložením. Obr. 8 Charakteristika škrtící kapky 2.9 Snímač kyslíku ve spalinách Snímač kyslíku ve spalinách je odborně nazýván lambda sonda a slouží k měření obsahu kyslíku ve spalinách. Ideální směšovací poměr, nazývaný stechiometrický, je 14,7 kg vzduchu na 1 kg paliva. Součinitel λ udává poměr skutečně přivedené hmotnosti vzduchu, k hmotnosti vzduchu potřebné pro stechiometrické spalování. λ = 1 skutečně přivedená hmotnost vzduchu odpovídá teoretické potřebě. 18

20 λ < 1 nedostatek vzduchu neboli bohatá směs. Nejvyššího výkonu se dosahuje při λ = 0,85 až 0,95 λ > 1 přebytek vzduchu neboli chudá směs, nastává od λ = 1,05 do 1,3. Při této hodnotě součinitele přebytku vzduchu lze pozorovat snižující se spotřebu paliva a snížený výkon. λ > 1,3 směs již není schopná zapálení. Dochází k vynechávání spalování. Běh motoru je značně neklidný. Benzinové zážehové motory s nepřímým vstřikováním paliva dosahují nejvyšší výkon při 5 až 15 % nedostatku vzduchu (λ = 0,85 až 0,95), nejnižší spotřeby paliva při 10 až 20 % přebytku vzduchu (λ = 1,1 až 1,2) a bezchybný volnoběh při λ = 1,0. (F. Vlk, 2006) Lambda sonda je umístěna v systému výfukového potrubí, tak aby měřící část zasahovala přímo do proudu výfukových spalin, jak je zobrazeno na obr. 9. Skládá se z porézní keramické vrstvy, platinových elektrod a aktivní keramické části. Sonda pracuje na principu Nerstova koncentračního článku, který spočívá v propustnosti porézní keramiky, kterou difunduje kyslík. Aktivní keramika je elektricky vodivá při vyšších teplotách. K vnitřní elektrodě je přiveden venkovní vzduch a k vnější elektrodě spaliny. Je-li obsah kyslíku na obou stranách rozdílný, vznikne na elektrodách napětí. Průběh napětí je uveden na obr. 10. Napětí je závislé na množství zbytkového kyslíku obsaženého ve výfukových plynech, odvíjející se od poměru složení směsi paliva a vzduchu. Při bohaté směsi (λ < 1) je hodnota napětí 800 až 1000 mv, při chudé směsi (λ > 1) dosáhne napětí jen asi 100 mv a přechodové fázi je napětí 450 až 500 mv. Těchto hodnot při daných podmínkách se dosahuje za předpokladu, že je sonda dostatečně zahřátá. Minimálně 350 C je nutné pro spolehlivou regulaci (delší časová prodleva), za optimální provozní teplotu sondy je považováno 600 C (časová prodleva 50 ms). V současné době jsou lambda sondy vyhřívané, což umožňuje rychlé ohřátí na provozní teplotu (do 30 s) a stabilizaci podmínek měření. Pro přesnou regulaci složení směsi se používá dvou lambda sond před a za katalyzátorem. 19

21 Obr. 9 Schéma funkčních částí lambda sondy 1 Aktivní keramická vrstva, 2 Elektrody, 3 Kontakty, 4 Upevnění 5 Výfukové potrubí, 6 Porézní keramická vrstva, 7 Spaliny, 8 Čistý vzduch Rozdělení podle použití: - dvoubodová lambda sonda funguje podle výše popsaného principu Nerstova koncentračního článku, používá se pro motory s dvoubodovou regulací, provedení může být tyčové nebo planární - širokopásmová lambda sonda umožňuje určovat koncentraci kyslíku ve spalinách v širokém rozsahu (0,7 < λ < ), kombinuje princip Nerstova koncentračního článku a kyslíkového čerpacího článku, použitelný signál podává až od 600 C Obr. 10 Napěťová charakteristika dvoubodové lambda sondy při teplotě 600 C a bohatá směs, b chudá směs 20

22 3. ŘÍDÍCÍ JEDNOTKA V systému řízení motoru je řídící jednotka prvkem, kde jsou signály (digitální, analogové, pulzní) ze snímačů zpracovávány, a na jejich základě jsou vytvářeny řídící signály pro akční členy, které jsou tak přímo ovládány. Systém je zobrazen na obr. 11. Zpracování signálů se provádí po úpravě, která zahrnuje filtrování, zesílení a tvarování impulzů. Analogové signály (teplota motoru, napětí akumulátoru, tlak v sacím potrubí atd.) jsou před vlastním zpracováním převedeny v analogově-digitálním převodníku na signály digitální. Signál se dále zpracovává v ústředním členu podle programu, ten může mít různé počty kroků, závisející na složitosti provedení regulační soustavy. Zjistí se potřebné funkční vlastnosti pro udržení regulované veličiny na požadované hodnotě. Celá řídící jednotka se nachází v kovovém nebo plastovém pouzdře vyztuženém skelnými vlákny. Je umístěna na bezpečném místě v prostoru pro cestující nebo v motorovém prostoru ale vždy mimo tepelné záření motoru. Součástky tvořící stavební prvky jsou umístěny na jedné desce s plošnými spoji. Hlavní části řídící jednotky jsou: - mikroprocesor výkonná jednotka provádějící výpočet a na základě výsledků zapíná nebo vypíná vstupy a výstupy (čte z paměti EPROM data, ukládá do paměti RAM zpracované data a následně je čte), v novějších konstrukcích se nejčastěji objevují procesory Motorola (Freescale), Hitachi Philips atd. - EPROM - programovatelná paměť, obsahuje data parametrů a programy pro výpočty mikroprocesoru, který z této paměti může číst, ale nemůže ji měnit, data jsou trvale uložena i po odpojení napájecího napětí, může být rozšířena o flash EPROM paměť s velkou kapacitou - RAM - přepisovatelná paměť o vysoké rychlosti přístupu dat, ukládá data adaptačních podmínek, musí tak být neustále napájena akumulátorem - křemíkový krystal vytváří stabilní taktovací frekvenci 6 MHz, synchronizující prováděné operace mikroprocesoru - vstupní porty přijímají signály ze snímačů v různém tvaru, signály jsou vedeny přes ochranné spínací obvody, převodníky signálů a zesilovače ke konečnému zpracování v mikroprocesoru 21

23 - koncové stupně dodávají potřebný výkon pro připojení akčních členů, jsou řízeny mikroprocesorem - výstupní porty vysílají binární signály k akčním členům Obr. 11 Systém řízení motoru 1 Snímač otáček, 2 Spínače koncových poloh škrticí klapky, 3 Snímač hmotnosti vzduchu, 4 Snímač teploty chladicí kapaliny, 5 Snímač teploty nasávaného vzduchu, 6 Napětí baterie, 7 Mikroprocesor s paměťmi. 8 A/D převodník, 9 zesilovač signálů Jednotlivé části řídící jednotky spolu komunikují pomocí sběrnic. Typy sběrnic: - datová slouží k přenosu informací v rámci řídící jednotky, přenos dat se může uskutečňovat oboustranně - adresová každá část soustavy má svou adresu, na kterou jsou procesorem data adresována, sběrnice je jednosměrná - řídící jejím prostřednictvím procesor řídí soustavu jednotlivými akčními prvky, umožňuje přenos signálu do paměti RAM nebo k informacím na datové sběrnici, čtení, zápis, žádost vstup/výstup 22

24 Úprava signálu před samotným zpracováním probíhá pomocí ochranných obvodů, tak že jsou omezovány na přípustnou napěťovou úroveň. Tato úroveň odpovídá pracovnímu napětí mikropočítače. Filtrováním je signál zbavován rušivých vjemů a následným zesílením je upraven pro vstupní napětí mikropočítače (0V až 5V). Procesor prostřednictvím algoritmů a uložených funkcí vypočítá z vstupních signálů získaných ze snímačů, signály řídící, které jsou určeny pro akční členy. Nejdůležitější početní operace prováděné v řídící jednotce: - výpočet hmotnosti vzduchu - výpočet předstihu zapalování - výpočet dávky paliva 3.1 Výpočet hmotnosti vzduchu Hodnota hmotnosti vzduchu se používá pro výpočet množství paliva při daném zatížení a je velmi důležitou informací i pro další systémové výpočty jako je řízení zapalování. Během provozu dochází k pohybu škrticí klapky. Při zrychlení zvyšuje proud vzduchu tlak v sacím potrubí za škrticí klapkou a způsobuje, že snímač hmotnosti vzduchu naměří větší hmotnost než je skutečná. Stejný jev ale opačného významu se jeví při deceleraci. Z důvodu eliminace nadměrných odchylek vzduch/palivo při pohybu škrticí klapky, byl zaveden součinitel plnění. Tento součinitel je dán poměrem tlaku v sacím potrubí ku tlaku plnícímu. 3.2 Výpočet předstihu zážehu Úhel předstihu je složitou funkcí mnoha proměnných např. zatížení, otáčky motoru, bohatost směsi, teplota nasávaného vzduchu, teplota chladicí kapaliny. Tyto parametry ovlivňují dynamické vlastnosti motoru a složení výfukových plynů. Z důvodu složitosti výpočtu a časové náročnosti se používá metoda přímého řízení, uvedená na obr. 13. V paměťovém prostoru řídící jednotky jsou zapsány hodnoty předstihu ve formě mapy pro 23

25 všechny možné stavy motoru. Mapa je zde chápána jako trojrozměrné datové pole, které je zobrazeno na obr. 12. Podobná metodika se používá i pro stanovení dávky paliva. Obr. 12 Mapa předstihu zážehu Obr. 13 Korekce předstihu zážehu 24

26 3.3 Výpočet dávky paliva Pro výpočet přesné dávky paliva na jeden cyklus je nutno zpracovat řídící jednotkou informace o poloze škrticí klapky, teplotě nasávaného vzduchu, podtlaku v sání, teplotě chladicí kapaliny, indikace klepání motoru, výběr kriteriální funkce apod. Při konstantním tlaku paliva je množství injektovaného paliva funkcí doby otevření vstřikovače. obr. 14 uvádí schéma pro Řídící jednotky pro stanovení okamžiku vstřiku paliva podle zatížení motoru. Volí mezi pozdějším vstřikem během komprese a dřívějším vstřikem v sání. Podle provozního stavu se upravuje tlak paliva regulátorem tlaku, který je umístěn na tlakovém zásobníku (podobném jako u systému Common rail). Obr. 14 Korekce vstřiku paliva 25

27 4. AKČNÍ PRVKY Tyto prvky jsou řízeny na základě údajů z řídící jednotky. Pro bezchybný chod motoru v různých režimech je důležitá synchronizace systémů zapalování, vstřikování, plnění a vyplachování spalovacího prostoru. Akčními členy tu jsou vstřikovač, škrticí klapka, zapalovací cívka, elektromagnetický ventil (proměnné časování ventilů) atd. Dále jsou popsány systémy používající tyto členy. 4.1 Vstřikovací systémy Vstřikovací systémy nahradily karburátory z důvodu snížení množství emisí a spotřeby paliva. Jejich úkolem je připravit konkrétnímu provoznímu stavu motoru co nejlepší směs paliva a vzduchu. Tyto systémy umožňují přesné odměření paliva v závislosti na zatížení motoru s ohledem na vlivy okolí. Rozdělení systémů podle tvorby směsi: 1) vnější: - centrální - vícebodové 2) vnitřní: - přímé Centrální vstřikování je řešeno jedním elektromagnetickým ventilem umístěným na centrálním místě před škrticí klapkou, za niž se nachází sací potrubí. Řešení je vhodné pro čtyřválcové motory do výkonu 80 kw. Nevýhodou tohoto systému vstřikování je, při neustálených režimech, ulpívání kapiček směsi na stěnách sacího potrubí, způsobující tak ochuzení směsi. Tento jev lze do jisté míry ovlivnit konstrukcí sacího potrubí. Polohou plynového pedálu je určena poloha škrticí klapky (v závislosti na otáčkách). Množství vstřikovaného paliva je dáno délkou otevření vstřikovacího ventilu při konstantním 26

28 tlakovém spádu. Data charakteristik o době vstřiku jsou na základě snímaných hodnot teploty nasávaného vzduchu, teploty motoru a hodnot z lambdasondy upravována. Klasickým zástupcem je Mono Jetronic. Systém Mono Motronic má optimalizované zapalování řízené společně se vstřikováním. Prostřednictvím všech potřebných provozních údajů, které jsou snímány, je možné dávkovat palivo podle momentálních potřeb motoru a tím snížit jeho spotřebu. Vícebodové vstřikování patří mezi systémy vstřikování benzinu s vnější tvorbou směsi. Každému válci je přiřazen jeden vstřikovací ventil, vstřikující palivo před sací ventil. Tento způsob zamezuje kondenzování paliva na stěnách při provozu za nízkých teplot. Dodávka paliva může být kontinuální nebo přerušovaná. Kontinuální dodávky paliva využívá mechanický vstřikovací systém K Jetronic. Přerušované dodávky paliva využívají kombinované mechanicko elektronické a elektronické systémy KE Jetronic, L Jetronic a Motronic. Pro výpočet vstřikované dávky paliva je potřeba minimálně znát zatížení (hmotnostní průtok nasávaného vzduchu) a otáčky motoru. Dále dochází ke korekci dávky paliva na základě snímaných hodnot teploty motoru, signálu lambda sondy atd. Brzdí-li vozidlo motorem, přeruší se dodávka paliva na základě signálu spínače volnoběžné klapky. Přímé vstřikování je v současnosti nejhospodárnějším palivovým systémem. Otevřeným sacím ventilem se nasává pouze čistý vzduch a benzin je vstřikován elektromagnetickým ventilem do spalovacího prostoru pod tlakem až 20 MPa. Směs je tedy tvořena až ve válci. Aby bylo možné vstřikovat benzin vysokým tlakem, musí mít systém tlakový zásobník a vysokotlaké čerpadlo udržující požadovaný tlak zásobníku. Potrubím je přivedeno palivo ke vstřikovačům, které ve správný okamžik dávkují benzín. Vrstvené plnění (FSI) je typem přímého vstřikování, při kterém cíleně dochází k rozvrstvení směsi. Okolo zapalovací svíčky je tvořena bohatá směs, která zapálí ostatní vrstvy chudších směsí. Celkové složení směsi je chudé a to vede k úspoře paliva. Při částečném zatížení spaluje motor chudou směs (směšovací poměr okolo 1:50 mez zápalnosti). Vrstvení je vytvářeno šroubovitým pohybem vzduchu, do kterého rozprášena dávka paliva. Při plném zatížení je množství nasátého vzduchu dáno polohou škrticí klapky a dávkou benzinu v širokém kuželu. V tomto režimu je směs paliva homogenní v celém spalovacím prostoru. Podle zatížení motoru je řízen okamžik, tlak a velikost dávky paliva. 27

29 Tento systém přímého vstřikování zvyšuje výkon a točivý moment, snižuje spotřebu a obsah škodlivých látek ve spalinách. Použitím piezoelektrických vstřikovačů lze dávkovat palivo s přesností 2 %. Ventil se dokáže plně otevřít za 0,2 s, má i funkci částečného otevření. Vysokým tlakem lze dosáhnout průměru 0,015 mm kapky paliva. Řídící jednotka nastavuje výšku, rychlost a počet vstřiků během pracovní doby. Druhy vstřikování: - simultánní vstřikování všechny vstřikovací ventily vstřikují ve stejný okamžik během jedné otáčky klikového hřídele - skupinové vstřikování vstřikovací ventily jsou rozděleny na dvě skupiny, střídají se ve vstřikování během jedné otáčky, způsob umožňuje určité načasování - sekvenční (SEFI) vstřikovací ventily na sobě navzájem nejsou závislé, je možné časování vstřiku upravit podle momentálních provozních podmínek - individuální (CIFI) poskytuje největší volnost, oproti sekvenčnímu vstřikování má možnost pro každý válec libovolně upravit dobu vstřiku, a tak odstranit nepravidelnost chodu Vstřikovací ventily Vstřikovací ventily slouží k rozprášení paliva o přesném objemu ve velmi krátkém čase. Samotné rozprášení paliva závisí na tlaku paliva v systému, geometrii a počtu (jeden a více) kalibrovaných vstřikovacích otvorů a dále také na způsobu výpočtu odměřování paliva. Elektromagnetický vstřikovací ventil zobrazen na obr. 15, se používá u nepřímého vstřikování. Je požadován co nejmenší kontakt paliva se stěnou sacího potrubí. Princip elektromagnetického vstřikovacího ventilu spočívá v ovládání ventilové jehly s kotvou pomocí elektromagnetické cívky. Řídící jednotka vyšle signál ve formě napětí do cívky v tělese ventilu. Magnetické pole vytvořené v okolí cívky, přitáhne kotvu umístěnou na jehle ventilu. Při přerušení napětí na cívce elektromagnetu, dojde k uzavření ventilu vlivem tlaku pružiny na ventilovou jehlu. Zdvih ventilové jehly je 60 až 100 µm. Podle způsobu 28

30 vstřikování, zatížení a otáček motoru je volen ovládací čas v rozmezí 1,5 až 18 ms při frekvenci 3 až 125 Hz. Obr. 15 Elektromagnetický vstřikovací ventil 1 Hydraulická přípojka, Těsnící O kroužek, 3 Filtrační sítko, 4 cívka, 5 Pružina, 6 Jehla s kotvou a těsnící kuličkou, 7 Kroužek se vstřikovacími otvory, 8 Elektrická přípojka, 9 Tělo ventilu, 10 Sedlo ventilu Vysokotlaký vstřikovací ventil zobrazen na obr. 16, se používá pro systémy přímého vstřikování, oproti vstřikovačům v systémech nepřímého vstřikování pracuje s vyšším tlakem až 20 MPa. S tím to vstřikovacím ventilem je možno podle požadovaných provozních podmínek připravit směs v homogenní nebo vrstvené formě. Při vrstvené směsi je palivo koncentrováno okolo zapalovací svíčky a další vrstvy jsou postupně chudší, je tak možno dosáhnout větší úspory paliva. Dalšími rozdíly oproti vstřikování do sacích potrubí jsou rychlejší a přesnější vstřik dávky paliva. 29

31 Obr. 16 Vysokotlaký vstřikovací ventil 1 Filtrační sítko, 2 Elektrická přípojka, 3 Pružina, 4 cívka, 5 Tělo ventilu, 6 Jehla s kotvou, 7 Sedlo ventilu, 8 Vstřikovací otvor Pro vstřikování do sacího potrubí lze využít ke vstřiknutí paliva dvě otáčky klikového hřídele, což například při otáčkách 6000 min -1 dává časový prostor 20 ms. U přímého vstřiku je nutné pro homogenní provoz použít dobu sání, což při otáčkách 6000 min -1 odpovídá 5 ms. Pracovní fáze ventilu: - předmagnetizace - doba započítávána do celkové doby otevření ventilu, ale samotný ventil je ještě uzavřen, napětí okolo 12V - aktivace a otevření ventilu - fáze vyžadující vysokou rychlost otevření, napětí na cívce dosahuje hodnoty až 100 V a proud 16 A 30

32 - konstantní zdvih - průchod požadované dávky paliva Potřebnou rychlost otevření ventilu zajistí řídící napětí (50 až 100 V) upravené na výkonovém stupni z digitálního aktivačního signálu vyslaného řídící jednotkou. Pro samotné udržení zdvihu je potřeba proudu výrazně nižší hodnoty než požadováno pro otevření Zapalovací systémy Zapálení směsi je realizováno elektrickou jiskrou. Systém musí zaručit zapálení ve všech provozních režimech, dále musí být umožněno přizpůsobit okamžik zážehu podle momentálních podmínek (otáčky, zatížení, teplota chladicí kapaliny). Zapalovacího systém transformuje nízké napětí baterie 12 V na vysoké napětí až V. Zvyšují-li se otáčky, musí docházet k dřívějšímu zapálení směsi, neboť doba hoření směsi je neměnná (při stejném plnění a konstantním poměru vzduchu a paliva). Zatížení ovlivňuje plnění válce, tak že dochází k ochuzení směsi zbytky výfukových plynů. Tento nežádoucí jev vede k prodloužení doby hoření. Kompenzací je změna okamžiku zapálení, k němuž tak musí dojít dříve. Předstih zážehu udává polohu klikové hřídele před horní úvratí v okamžiku zapálení směsi. Regulace předstihu je ovlivněna dalšími hodnotami (složení směsi, teplota chladicí kapaliny). Všechny typy zapalování používají pro vytvoření vysokého napětí indukční způsob. V současnosti používané elektronické zapalování bylo vyvinuto zdokonalováním mechanického zapalování a osazováním elektronických prvků, tak aby byly naplněny požadavky na výkon motoru a snížení tvorby spalin. Typy zapalovacích systémů: - cívkové zapalování - mechanické řízení proudu cívkou, odstředivou a podtlakovou regulaci předstihu, mechanický rozdělovač vysokého napětí - tranzistorové zapalování - řízení proudu zajišťované výkonným tranzistorem, na základě signálu z indukčního nebo Hallova snímače 31

33 - elektronické zapalování - řízeno řídící jednotkou, na základě signálů ze snímačů otáček a zatížení se upravuje charakteristika předstihu, rozdělovač vysokého napětí je mechanický - plně elektronické zapalování - v současné době se používá ve všech nových vozech, řídící jednotka řídí rozdělování napětí, systém neobsahuje mechanické díly. Funkční schéma je uvedeno na obr. 17. Složení okruhu plně elektronického zapalování V současnosti mají vyráběné vozy systém zapalování s klidovým rozdělováním napětí. Obr. 17 Systém zapalování plně elektronického zapalování 1 Koncový stupeň, 2 Zapalovací cívka, 3 Dioda EFU, 4 Zapalovací svíčka Na koncový stupeň přichází signál z řídící jednotky, na jehož základě se řídí spínací proud v zapalovací cívce. Koncový stupeň tvoří zapojení třístupňových výkonných tranzistorů a chrání pomocí funkce omezení primárního napětí a proudu komponenty před přetížením. Tyto koncové stupně mohou přímo součástí plošného spoje v řídící jednotce, dále mohou být umístěny mimo jednotku v samostatném pouzdře, nebo jsou integrovány v tělese cívky. Zapalovací cívka uloženou energii transformuje na vysoké napětí, ze kterého zapalovací svíčka vytvoří jiskru pro zapálení směsi. Cívka se skládá z primárního a sekundárního vinutí, jádra a pouzdra. Vinutí je od jádra izolováno epoxidovou pryskyřicí. Řídící jednotka spíná koncový stupeň zapalování během vypočítané doby sepnutí. Za tuto dobu roste proud v primárním vinutí na požadovanou hodnotu a zároveň se vytváří 32

34 magnetické pole. Energie v magnetickém poli je dána velikostí proudu a indukcí v primárním vinutí. V okamžiku kdy přeruší koncový stupeň průchod proudu, nastane v magnetickém poli změna, která způsobí, že se v sekundárním vinutí indukuje napětí. Toto napětí musí být dostatečně velké, aby na elektrodách zapalovací svíčky přeskočila jiskra. Druhy zap. systémů podle cívky: - systém s jednojiskrovou zapalovací cívkou má na každý válec jeden koncový stupeň a jednu zapalovací cívku, která bývá integrována přímo do těla patice pro zapalovací svíčku, rozsah předstihu není omezen, pro správnou funkci je potřeba synchronizace se signálem z vačkové hřídele - systém s dvoujiskrovou zapalovací cívkou má pro dva válce (v jednom probíhá komprese a v druhém výfuk) jednu zapalovací cívku a jeden koncový stupeň, jiskra přeskočí na obou svíčkách zároveň, určitým omezením předstihu lze zamezit vznícení zbytkových plynů ve spalinách, systém nemusí být synchronizován s vačkovou hřídelí Po zapálení uplynou asi 2 ms, než směs paliva se vzduchem zcela shoří. Okamžik zážehu se musí volit tak, aby těžiště spalování a tím špička tlaku ve válci ležely krátce po dosažení horní úvratě, jak je zobrazeno na obr. 18. Proto se musí předstih se stoupajícími otáčkami zvětšovat. Další vliv na průběh spalování má náplň válců. Čelo plamene se při menší náplni šíří pomaleji. Proto se musí předstih při menší náplni válců zvětšovat. Předstih má rozhodující vliv na běh motoru. Určuje: - předávaný točivý moment - emise spalin - spotřebu paliva Předstih je určován tak, aby všechny požadavky byly pokud možno co nejlépe splněny. Za provozu nesmí dojít k trvalému detonačnímu spalování. (R. Bosch, 2002) 33

35 Obr. 18 Průběh tlaku ve spalovacím prostoru v závislosti na úhlu předstihu Z a Správný předstih průběh tlaku 1 Z b Velký předstih (zapálení příliš brzo) průběh tlaku 2 (sklon ke klepání) Z c Malý předstih (zapálení příliš pozdě) průběh tlaku 3 V řídící jednotce jsou uloženy datové charakteristiky předstihu zážehu, které obsahují pro každý provozní bod motoru hodnotu předstihu. Jde o trojrozměrnou mapu, v niž je předstih volen jako nejlepší možný v závislosti na otáčkách a zatížení. Další hlediska upravující předstih jsou spotřeba, točivý moment, klepání, emise, teplota motoru atd.. Řídící jednotka pomocí optimalizačního kritéria přisoudí váhu jednomu či druhému hledisku a následně upraví hodnotu předstihu. Mapa předstihu tvořená otáčkami a zatížením může mít 1000 až 4000 hodnot. Na základě snímačů je zaznamenáván stav motoru a tak je možno zvolit optimální hodnotu předstihu zážehu. Zapalovací systém je řídící jednotkou synchronizován se vstřikovacím systémem. Seřizování předstihu je v podstatě hledání hodnoty předstihu, tak aby vyhovovala danému použití v určitém provozním stavu. Lze například nastavit otáčky motoru a polohu škrticí klapky, které budou při seřizování konstantní. Úhel předstihu bude měněn pomocí softwaru, který hodnotu uloženou v paměti řídící jednotky přepíše. Účinnost motoru bude vyjádřena spotřebou paliva v závislosti na točivém momentu. Nalezne se optimální účinnost, nebo jiný parametr, jenž je důležitý pro dané použití motoru při určité hodnotě předstihu. 34

36 4.3 Škrticí klapka Škrticí klapka je s plynovým pedálem spojena elektricky přes řídící jednotku. Je to z důvodu hladkého přechodu mezi druhy provozu s vrstvenou a homogenní směsí. Před tím to přechodem dochází k uzavření klapky. Při provozu s homogenní směsí je výkon motoru řízen natočením škrticí klapky. Na obr. 19 je zobrazen systém elektronického pedálu akcelerace. Rozhodující hodnoty pro druh provozu: - spodní hranice provozu s vrstvenou směsí λ = 1,5 (zde ještě nedochází k tvorbě sazí) - horní hranice provozu s homogenní směsí λ = 1,3 (omezená schopnost chodu motoru s chudou směsí) Obr. 19 Systém elektronického pedálu akcelerace 1 Snímač polohy pedálu, 2 Řídící jednotka, 3 Snímač úhlu natočení škrticí klapky, 4 Pohon pro natočení škrticí klapky, 5 Škrticí klapka Elektromotor natáčející škrticí klapku je ovládán výstupním signálem z řídící jednotky, na základě polohy akceleračního pedálu a signálů ze snímačů, vypovídající o momentálním stavu motoru. Poloha klapky je současně snímána a slouží tak řídící jednotce jako zpětná vazba. 35

37 4.4 Variabilní řízení ventilů V běžném benzinovém motoru je množství vzduchu ve válci řízeno při konstantním otevření sacích ventilů změnou tlaku v sacím kanálu prostřednictvím škrticí klapky. Systém variabilního řízení ventilů umožňuje ponechat déle otevřený sací ventil, což vede k lepšímu plnění válců ve vyšších otáčkách. Naopak při nízkých otáčkách je vhodné, aby se ventily překrývaly co nejméně a nedocházelo tak k nepravidelnému chodu motoru a nárůstu škodlivin ve spalinách. Typy variabilních systémů: - přepínání vačkového hřídele - plně variabilní řízení ventilů s vačkovým hřídelem - plně variabilní řízení ventilů bez vačkového hřídele Plně variabilní ventilový rozvod umožňuje provést změnu v celém rozsahu křivky ventilu. Systémy jsou řešeny jako elektromechanické a elektrohydraulické, využívající celou řadu konstrukčních řešení. Z nichž nejnovějším je variabilní rozvod sacích ventilů Multiair od výrobce vozidel Fiat. Obr. 20 schematicky znázorňuje systém Multiair. Zdvih vačky je přenášen hydraulicky přes čerpací skupinu a olejovou komoru na sací ventil. Objem olejové komory je řízen elektromagnetickým ventilem, umožňující tak změnu profilu zdvihu sacího ventilu v závislosti na požadavku naplnění motoru vzduchem. Akčním členem je tedy elektromagnetický ventil, ovládaný řídící jednotkou. Možnosti provozu systému Multiair: - Full Lift - základní profil vačky - EIVC (Early Intake Valve Closing) v předstihu zavře sací ventil dříve, než dojde k maximálnímu zdvihu - LIVO (Late Intake Valve Opening) pozdější otevírání sacích ventilů - Multilift vícenásobné otevření sacího ventilu během jednoho zdvihu 36

38 Obr. 20 Schéma sytému Multiair 1 Horní čerpadlo, 2 Olejová komora, 3 Hydraulická zdvihátka, 4 Síla pružin ventilů, 5 Sací ventily, 6 Hydraulická brzda, 7 Hydraulický akumulátor, 8 Elektromagnetický ventil, 9 Vačka Hlavní části elektromagnetického ventilu jsou hydraulické těleso magnet a elektrický konektor. Na každý válec se používá jeden el.mag. ventil, otevírající a zavírající okruh vysokotlaké komory. Elektromagnetický ventil je ovládaný proudovým impulzem z řídící jednotky, zobrazeným na obr. 21. Bez nabuzení impulzem proudu, zůstává ventil otevřený. Řídící impulz se skládá ze tří částí: - Bias fáze předmagnetizace, proudová hodnota 4 A - Peak fáze předmagnetizace, proudová hodnota 11 A - Hold - fáze udržování magnetizace, proudová hodnota 5 A Podle parametrů otáček, zatížení, úhlu otevření a zavření mechanického ventilu, teploty oleje v akčním členu a napětí baterie je upravováno časové trvání proudového signálu. 37

39 Obr. 21 Proudová charakteristika signálu pro elektromagnetický ventil v závislosti na času Podle délky fáze Hold se potom liší možnosti provozu, které byly vyjmenované na začátku. Jejich kombinací v různých režimech provozu motoru, lze dosáhnout úspory energie 10 %, která je v motoru s klasickým rozvodem použita na přečerpání vzduchu z nižšího tlaku v sacím potrubí na atmosférický ve výfukovém. V sacím potrubí se tak zachovává konstantní tlak vzduchu. Prostřednictvím vnitřní recirkulace spalin jsou sníženy emise (částečným otevřením sacího ventilu během doby výfuku). V nízkých otáčkách lze pomoci dřívějšího zavření sacích ventilů dosáhnout zvýšení točivého momentu o 15 %. 38

40 5. VLASTNÍ PRÁCE 5.1 Cíl Cílem této diplomové práce bylo sestavení seřizovacích charakteristik na základě praktického měření. Měření se skládá ze dvou částí. První část se prováděla v univerzitní zkušebně na motoru Peugeot a druhá část byla uskutečněna ve zkušebně soukromé na motoru Saab. 5.2 Popis motorové zkušebny Základem zkušebního stanoviště je elektrický vířivý dynamometr chlazený vodou. Univerzitní zkušebna je osazena dynamometrem AVL DP-240, zobrazeno na obr. 22. Soukromá zkušebna je vybavena dynamometrem AVL Dyno Road 202/12SL. Pracovní charakteristika dynamometru je určena velikostí vyvozeného točivého momentu v závislosti na otáčkách a je tak zcela zřetelně dána jeho pracovní oblast. Na obr. 23 je zobrazena momentová a výkonnostní charakteristika dynamometru AVL DP-240. Samotný motor je namontován na kovové paletě o velké tuhosti, pomocí podpěr. Pružným článkem paleta motor jsou silentbloky. Ustavení motoru musí být přesné, tak aby byla zajištěna souosost spojovacího hřídele a motoru. Čelní a obvodová házivost, měřená před spojením s dynamometrem, by neměla být zpravidla více než 0,2 mm. Tato házivost je měřena na adaptéru (mezikus sloužící pro spojení motoru s hřídelí dynamometru). Hřídel spojující motor a dynamometr má na obou koncích pružné elementy, sloužící k eliminaci torzních kmitů. Hřídel je z bezpečnostních důvodů zakytována. Po spojení motoru a dynamometru se změří vibrace celku při určitém režimu (volnoběh, zvýšené otáčky). Dále je připojen chladící a výfukový systém, přívod paliva, ovládání akcelerátoru a elektronika řídící jednotky. Stanoviště motoru a stanoviště testovacího technika je z bezpečnostních důvodů odděleno. Zamezí se tak úrazům a vytvoří se prostředí určitého komfortu (snížení hluku). Testovací technik ovládá motor a dynamometr z řídícího stanoviště pomocí počítače. Motor je chlazený vodou ze systému s výměníkem. Měření spotřeby je dopočítáno z informace od řídící jednotky, která udává hmotnostní dávku paliva za 1 cyklus motoru. Zkušební stanoviště musí být vybaveno odpovídající vzduchotechnikou, zajišťující výměnu vzduchu. Takto dochází k regulaci teploty a tlaku vzdušiny. Z hlediska nebezpečí vzniku a šíření požáru se tlak ve zkušebních prostorách udržuje o 50 Pa nižší než barometrický. 39

41 Motor je osazen snímači teploty sání vzduchu, chladicí kapaliny na vstupu a výstupu, oleje na vstupu a výstupu, výfukových plynů a tlaku vzduchu na vstupu sání a oleje v mazací soustavě. Hodnoty snímaných parametrů jsou zobrazovány na monitoru v řídícím stanovišti a v reálném čase jsou zaznamenávány v určitých frekvencích. Otáčky motoru jsou odečítány s přesností 0,5% na ovládacím regulátoru dynamometru. Komunikaci mezi ovládacím panelem, systémem regulace, dynamometrem a přídavnými moduly se uskutečňuje prostřednictvím protokolu ethernetové sítě. Množství médií přiváděných do motoru řídí systém regulace, která komunikuje s motorem a zařízením s medii pomocí CAN nebo LIN sběrnice. 5.3 Metodika měření Vnější otáčková charakteristika Při maximálně otevřené škrticí klapce se nastaví nejvyšší otáčky a vyčká se minimálně 2 minuty, až se ustálí teplota chladicí kapaliny, motorového oleje a výfukových plynů (tolerance výkyvu je ± 2 % od střední hodnoty). Při tomto stavu se zaznamenají všechny měřené parametry současně. Naměřené veličiny představují průměrnou hodnotu naměřenou v délce časového intervalu 30 s. Po takovémto záznamu následuje snížení otáček o určitou hodnotu, aniž by se změnila hodnota jiného regulačního orgánu. Znovu se nechá ustálit teplotní režim a celý proces se opakuje. Takto se pokračuje až k nejnižším otáčkám, potom se motor krátkodobě odlehčí a celé měření se provede znovu. Dle směrnic se měření provádí minimálně 3 krát. Je li nastavena menší než maximální hodnota otevření škrticí klapky, je tato charakteristika nazývána částečnou otáčkovou charakteristikou. Seřizovací charakteristika Tato charakteristika uvádí závislost výkonu, točivého momentu, měrné spotřeby paliva na změně předstihu zážehu, dávky paliva, bohatosti směsi a dalších seřizovacích veličinách. Provádí se změnou původní hodnoty seřizovací veličiny, následuje ustálení stavu (teplot a tlaků) po 2 min a změření hodnot v délce časového intervalu 30s. V tomto časovém úseku jsou měřené parametry ustáleny a z naměřených údajů se vypočítá střední hodnota. Potom 40

42 následuje změna seřizovacího parametru a motor se opět nechá ustálit po stanovenou dobu a opakuje se měření. 5.4 Podmínky měření v univerzitní zkušebně Měření na univerzitní zkušebně probíhalo za těchto podmínek: - barometrický tlak 99kPa - teplota vzduchu 21 C - relativní vlhkost 65 % - palivo benzín 95 oktanů - zkoušený motor Peugeot PR V6 - vířivý dynamometr AVL DP řídící jednotka Magneti Marelli SRA Zkoušený motor: Typ: Peugeot PR V6 Počet válců: 6 Uspořádání válců do V 60 Vrtání a zdvih: 87 x 82,6 mm Objem: 2946 cm 3 Výkon: 142kW/5500 min -1 Točivý moment: 290Nm Ventilový rozvod: DOHC Počet ventilů: 24 Příprava směsi: vícebodové vstřikování 41

43 Zátěžový dynamometr: Typ:AVL DP-240, vířivý dynamometr Maximální výkon: 240 kw Maximální otáčky: min -1 Maximální točivý moment: 600 Nm Rotorový moment setrvačnosti: 0,385 kg.m 2 Obr. 22 Zkušební motorové stanoviště Mendelovy univerzity 42

44 Obr. 23 Výkonová a momentová charakteristika dynamometru AVL DP-240 V univerzitní zkušebně se pro změnu řídících parametrů motoru používá programovatelná řídící jednotka Magneti Marelli SRA, zobrazena na obr. 24. Obr. 24 Řídící jednotka Magneti Marelli SRA 43

45 Řídící jednotka Magneti Marelli SRA může řídit až 8 vstřikovačů 6 zapalovacích cívek. Obsahuje 16 MB interní paměti. Vstupy a výstupy jsou zajištěny dvojicí vícepinových konektorů (60 a 94 pinový). Jednotka komunikuje pomocí dvou CAN a jedné ethernetové linky. 5.5 Výpočetní vztahy Tyto matematické vztahy budou užity při vyhodnocení naměřených hodnot. Efektivní výkon Pe = M t 2π n [ W ] M t točivý moment [Nm] n otáčky motoru [min -1 ] Hodinová spotřeba M ph V n ρ = h 2 6 p e K 2. 1 [ kg ] V p dávka paliva [mg/zdvih] ρ měrná hmotnost paliva Měrná efektivní spotřeba mpe M 1 1 [ g. kw. ] ph 3 =.10 h P e motoru. U každého měření je uvedena tabulka hodnot a graf závislosti, otáčky a zatížení 44

46 5.6 Vlastní měření v univerzitní zkušebně Při měření na tomto motoru se měnila velikost předstihu zážehu a prováděla se změna dodávky paliva. Měření probíhalo v otáčkách od 2000 do 4000 min -1 při 20 a 40 % zatížení. Sledovali jsme vliv změny předstihu zážehu a dávky paliva na průběh točivého momentu, výkonu a měrné spotřeby motoru. Nejdříve se provádělo měření, u něhož se měnila hodnota úhlu předstihu zážehu z 36 až na 10. Měření probíhalo při konstantních otáčkách 4000 min -1 a 40 % zatížení. Konstantní dodávka paliva byla 32,5 mg/cyklus. Průběh měření popisuje obr. 25 a 26, vycházející z naměřených a vypočtených hodnot tab. 1. Tab. 1 Základní parametry pro charakteristiku při 4000 min -1 a 40 % zatížení motoru Točivý moment Předstih Hodinová spotřeba Přebytek vzduchu Efektivní výkon Měrná spotřeba Číslo měření M k [ Nm ] α [ ] M ph [ kg. h -1 ] λ [ - ] P e [ kw ] m pe [ g.kw -1.h -1 ] 1 148, ,8 1,08 62,0 270, , ,8 1,08 62,8 267, , ,8 1,08 62,9 266, , ,8 1,08 63,7 263, ,3 23,5 16,8 1,08 63,3 265, , ,8 1,08 62,3 269, , ,8 1,08 60,3 278, , ,8 1,08 57,4 292, , ,8 1,08 54,1 310,7 45

47 Při tomto měření se točivý moment pohyboval v rozmezí 129,1 až 148,1 Nm, efektivní výkon 54,1 až 62 kw, měrná efektivní spotřeba 263,5 až 310,7 g.kw -1.h -1. Hodnota λ byla beze změny Pe [ kw ] mpe [ g.kw -1 h -1 ] Pe mpe Předstih zážehu [ ] Obr. 25 Závislost P e a mpe na předstihu zážehu při 4000 min -1 a 40 % zatížení motoru Mk [ Nm ] Předstih zážehu [ ] Obr. 26 Závislost M k na předstihu zážehu při 4000 min -1 a 40 % zatížení motoru 46

48 Následující měření probíhalo při konstantních otáčkách 2500 min -1 a 40 % zatížení a je zobrazeno na obr 27 a 28. Hodnota úhlu předstihu zážehu se v průběhu testu měnila z 33 až na 8.Konstantní dodávka paliva byla 41,3 mg/cyklus. Hodnoty naměřených a vypočtených hodnot jsou zaneseny v tab. 2. Tab. 2 Základní parametry pro charakteristiku při 2500 min -1 a 40 % zatížení motoru Točivý moment Předstih Hodinová spotřeba Přebytek vzduchu Efektivní výkon Měrná spotřeba Číslo měření M k [ Nm ] α [ ] M ph [ kg. h -1 ] λ [ - ] P e [ kw ] m pe [ g.kw -1.h -1 ] 1 198, ,3 1,09 51,8 257, , ,3 1,09 52,4 254, , ,3 1,09 52,8 252, , ,3 1,09 53,1 250, ,3 1,09 53,4 249, , ,3 1,09 53,3 250, , ,3 1,09 52,7 253, , ,3 1,09 50, 3 265, ,6 8 13,3 1,09 48,3 276,2 Při tomto měření se točivý moment pohyboval v rozmezí 184,6 až 198,1 Nm, efektivní výkon 48,3 až 51,8 kw, měrná efektivní spotřeba 249,9 až 276,2 g.kw -1.h -1. Hodnota λ byla beze změny. 47

49 Pe [ kw ] mpe [ g.kw -1 h -1 ] Pe mpe Předstih zážehu [ ] Obr. 27 Závislost P e a m pe na předstihu zážehu při 2500 min -1 a 40 % zatížení motoru Mk [ Nm ] Předstih zážehu [ ] Obr. 28 Závislost M k na předstihu zážehu při 2500 min -1 a 40 % zatížení motoru 48

50 Poslední měření na tomto motoru se změnou úhlu předstihu zážehu je zobrazeno na obr. 29 a 30, vychází z naměřených a vypočtených hodnot dle tab. 3. Měření probíhalo při konstantních otáčkách 2000 min -1 a 20 % zatížení motoru. Hodnota úhlu předstihu zážehu se v průběhu testu měnila z 30 až na 3. Konstantní dodávka paliva byla 18,34 mg/cyklus. Tab. 3 Základní parametry pro charakteristiku při 2000 min -1 a 20 % zatížení motoru Točivý moment Předstih Hodinová spotřeba Přebytek vzduchu Efektivní výkon Měrná spotřeba Číslo měření M k [ Nm ] α [ ] M ph [ kg. h -1 ] λ [ - ] P e [ kw ] m pe [ g.kw -1.h -1 ] 1 70,6 30 4,7 1,08 14,8 320,6 2 70,4 26 4,7 1,08 14,7 321,5 3 69,8 23 4,7 1,08 14,6 324,3 4 68,1 20 4,7 1,08 14,3 332,4 5 65,5 17,5 4,7 1,08 13,7 345,6 6 63,1 15 4,7 1,08 13,2 358,7 7 59,8 12 4,7 1,08 12,5 378,5 8 52,6 8 4,7 1,08 11,1 430,3 9 40,1 3 4,7 1,08 8,4 564,4 Při tomto měření se točivý moment pohyboval v rozmezí 40,1 až 70,6 Nm, efektivní výkon 8,4 až 14,8 kw, měrná efektivní spotřeba 320,6 až 564,4 g.kw -1.h -1. Hodnota λ byla beze změny. 49

51 Pe [ kw ] mpe [ g.kw -1 h -1 ] Pe mpe Předstih zážehu [ ] Obr. 29 Závislost P e a m pe na předstihu zážehu při 2000 ot.min -1 a 20 % zatížení motoru Mk [ Nm ] Předstih zážehu [ ] Obr. 30 Závislost M k na předstihu zážehu při 2000 min -1 a 20 % zatížení motoru 50

52 Při dalším měření jsme se zabývali vlivem změny dodávky paliva na efektivní výkon, točivý moment a měrnou efektivní spotřebu. Měření probíhalo v otáčkách od 2000 do 4000 min -1 při 20 a 40 % zatížení motoru. První měření bylo uskutečněno při 4000 min -1 a 40 % zatížení motoru. Změna dávky paliva se pohybovala od 27,8 do 38,4 mg/cyklus. Hodnota úhlu předstihu zážehu měla v průběhu testu konstantní hodnotu 27. Průběh měření je zobrazen na obr. 31 a 32, vycházející z naměřených a vypočtených hodnot dle tab. 4. Tab. 4 Základní parametry pro charakteristiku při 4000 ot.min -1 a 40 % zatížení motoru Točivý moment Dávka paliva Hodinová spotřeba Přebytek vzduchu Efektivní výkon Měrná spotřeba Číslo měření M k [ Nm ] [mg/cyklus] M ph [ kg. h -1 ] λ [ - ] P e [ kw ] m pe [ g.kw -1.h -1 ] 1 147,5 38,4 19,8 1,25 61,8 321, ,1 36,1 18,7 1,19 62,4 298, ,8 34,1 17,6 1,13 62,7 280, ,1 32,2 16,6 1,08 63,3 262, ,1 30,9 15,9 1,05 62,9 254, ,8 29,9 15,5 1,02 62,3 247, ,9 28,9 14,9 1,01 61,1 244, ,6 27,8 14,4 0,97 59,3 242,3 Při tomto měření se točivý moment pohyboval v rozmezí 141,6 až 151,1 Nm, efektivní výkon 59,2 až 63,3 kw, měrná efektivní spotřeba 242,3 až 321,3 g.kw -1.h -1. Hodnota λ se pohybovala v rozmezí 0,97 až 1,25. 51

53 Pe [ kw ] mpe [ g.kw -1 h -1 ] Pe mpe Dávka paliva [ mg/cyklus ] Obr. 31 Závislost P e a m pe na dávce paliva při 4000 min -1 a 40 % zatížení motoru Mk [ Nm ] Dávka paliva [ mg/cyklus ] Obr. 32 Závislost M k na dávce paliva při 4000 min -1 a 40 % zatížení motoru 52

54 Druhé měření je zobrazeno na obr. 33 a 34, vychází z naměřených a vypočtených hodnot dle tab. 5. Uskutečnilo se při 2500 min -1 a 40 % zatížení motoru. Změna dávky paliva se pohybovala od 34,3 do 46,5 mg/cyklus. Hodnota úhlu předstihu zážehu měla konstantní hodnotu 25. Tab. 5 Základní parametry pro charakteristiku při 2500 min -1 a 40 % zatížení motoru Točivý moment Dávka paliva Hodinová spotřeba Přebytek vzduchu Efektivní výkon Měrná spotřeba Číslo měření M k [ Nm ] [mg/cyklus] M ph [ kg. h -1 ] λ [ - ] P e [ kw ] m pe [ g.kw -1.h -1 ] 1 188,1 34,3 11,1 0,94 49,2 225, ,8 35,3 11,4 0,97 50,7 224, ,1 37,3 12,1 1,01 52,4 230, ,4 39,3 12,7 1,05 53,3 238, ,5 41,3 13,4 1,09 53,3 250, ,3 43,3 13,9 1,13 52,9 264, ,5 45,3 14,6 1,18 52,7 277, ,1 46,5 15,1 1,2 52,6 285,4 Při tomto měření se točivý moment pohyboval v rozmezí 188,1 až 203,5 Nm, efektivní výkon 49,2 až 53,3 kw, měrná efektivní spotřeba 238,5 až 285,4 g.kw -1.h -1. Hodnota λ se pohybovala v rozmezí 0,94 až 1,2. 53

55 Pe [ kw ] mpe [ g.kw -1 h -1 ] Pe mpe Dávka paliva [ mg/cyklus ] Obr. 33 Závislost P e a m pe na dávce paliva při 2500 min -1 a 40 % zatížení motoru Mk [ Nm ] Dávka paliva [ mg/cyklus ] Obr. 34 Závislost M k na dávce paliva při 2500 min -1 a 40 % zatížení motoru 54

56 Poslední měření se změnou dávky paliva je zobrazeno na obr. 35 a 36. Měření bylo provedeno při 2000 min -1 a 40 % zatížení motoru. Změna dávky paliva se pohybovala v rozmezí 15,3 až 23,2 mg/cyklus. Úhel předstihu zážehu byl nastaven na konstantní hodnotu 18. Tab. 6 Základní parametry pro charakteristiku při 2000 min -1 a 20 % zatížení motoru Točivý moment Dávka paliva Hodinová spotřeba Přebytek vzduchu Efektivní výkon Měrná spotřeba Číslo měření M k [ Nm ] [mg/cyklus] M ph [ kg. h -1 ] λ [ - ] P e [ kw ] m pe [ g.kw -1.h -1 ] 1 53,1 15,3 3,9 0,96 11,1 356,7 2 61,1 16,3 4,2 1,01 12,8 330,3 3 64,6 17,3 4,5 1,04 13,5 331,6 4 66,1 18,3 4,7 1,09 13,8 342,8 5 66,1 20,3 5,3 1,19 13,8 380,2 6 65,3 21,2 5,5 1,23 13,7 401,9 7 63,9 22,3 5,8 1,29 13,4 432,1 8 62,8 23,2 6,1 1,35 13,1 457,4 Při tomto měření se točivý moment pohyboval v rozmezí 53,1 až 66,1 Nm, efektivní výkon 11,1 až 13,8 kw a měrná efektivní spotřeba 330,3 až 457,4 g.kw -1.h -1. Hodnota λ se pohybovala v rozmezí 0,96 až 1,35. 55

57 Pe [ kw ] mpe [ g.kw -1 h -1 ] Pe mpe Dávka paliva [ mg/cyklus ] Obr. 35 Závislost P e a m pe na dávce paliva při 2000 min -1 a 20 % zatížení motoru Mk [ Nm ] Dávka paliva [ mg/cyklus ] Obr. 36 Závislost M k na dávce paliva při 2000 min -1 a 20 % zatížení motoru 56

58 5.7 Podmínky měření v soukromé zkušebně Druhá část měření probíhala v soukromé zkušebně na motoru Saab s otevřenou řídící jednotkou McLaren TAG 400. Podmínky měření: - atmosférický tlak 98,9 kpa - teplota okolí 18 C - vlhkost 55 % - zážehový, přeplňovaný motor SAAB 2.0 Turbo (zobrazen na obr. 37) - palivo benzín 95 oktanů - vířivý dynamometr AVL Dyno Road 202/12 SL (zobrazen na obr. 38) - řídící jednotka McLaren TAG 400 Zkoušený motor: Typ: Saab 2.0 Turbo Počet válců: 4 Uspořádání válců: řadové Objem: 1985 cm 3 Výkon: 110kW/5500 min -1 Točivý moment: 340Nm Ventilový rozvod: DOHC Počet ventilů: 16 Příprava směsi: přímé vstřikování 57

59 Obr. 37 Motor Saab 2.0 Turbo Zátěžový dynamometr: Typ:AVL Dyno Road 202/12SL, vířivý dynamometr Maximální výkon: 220 kw Maximální otáčky: min -1 Maximální točivý moment: 525 Nm Rotorový moment setrvačnosti: 0,32 kg.m 2 58

60 Obr. 38 Dynamometr AVL Dyno Road 202/12SL Řídící jednotka McLaren TAG 400 může být použita až pro 8 válcové motory. Vstupy a výstupy jsou zajištěny dvojicí vícepinových konektorů (55 a 66 pinový). K vytváření map je použit software Systém monitor. Spojení jednotky a softwaru je realizováno pomocí rozhraní spojitosti od firmy Emtronix. 5.7 Vlastní měření v soukromé zkušebně Při měření se měnila velikost předstihu zážehu. Měření probíhalo v otáčkách od 2000 do 3000 min -1 při 70 a 100% zatížení. Sledovali jsme závislost točivého momentu, výkonu a měrné spotřeby motoru na předstihu zážehu. Předstih zážehu se nastavoval od nízkých hodnot až po nejvyšší hodnotu, kdy se motor pohyboval na hranici klepání. Při tomto měření s nastavováním předstihu zážehu, byla prováděna regulace klepání manuálně. Snímač klepání je připojen přes zesilovač, který zesiluje akustický signál do sluchátek. Při měření je potřeba poslouchat signál a při zaznamenání klepání, snížit hodnotu předstihu zážehu tak aby nedocházelo k detonačnímu spalování. První měření probíhalo při otáčkách 2000 min -1 a při 100 % zatížení motoru. Průběh závislosti vychází z naměřených a vypočtených hodnot uvedených v tab. 6 a je zobrazen na obr. 39 a 40. Změna úhlu předstihu zážehu se pohybovala v rozmezí -1,3 až 10,4. 59